一種新型智能電子負載的設計

0 引言

電子負載具有體積小，調節方便，工作方式靈活，性能穩定，精度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應用于電源類(lèi)產(chǎn)品和各類(lèi)電子元器件的實(shí)驗.測試.檢定和老化環(huán)節.該方案基于51單片機，設計了一種智能電子負載，與其他同類(lèi)設計相比，具有直流穩壓電源負載調整率自動(dòng)測試功能.

1 系統原理整個(gè)智能電子負載系統由單片機.恒流控制電路.功率負載器件.電壓電流檢測電路.過(guò)壓保護.供電電源等構成，系統原理框圖如圖1所示.

電子負載工作在定電流模式時(shí)，被測直流穩壓電源輸出的電流不變(以被測電源能提供相應電流為前提).測試直流穩壓電源負載調整率時(shí)，連接好測試電路，按鍵選定電源負載調整率測試功能，輸入被測電源的額定電流.電壓值，即可自動(dòng)測試被測電源的負載調整率.

2 硬件電路設計

2.1 恒流及電壓電流檢測電路

設計恒流電路使流過(guò)功率負載器件的電流值與數/模轉換器的輸出電壓成線(xiàn)性關(guān)系.單片機控制數/模轉換器輸出電壓，使恒流控制電路控制功率負載器件流過(guò)所需電流.電壓電流檢測電路把被測電源的輸出電壓和電流線(xiàn)性地轉化成適合模/數轉換器測量的量程，單片機控制模/數轉換器測量電壓電流檢測電路的輸出電壓，達到測量被測電源輸出電壓和電流的功能.恒流及電壓電流電測電路如圖2 所示，其中Q1 是功率負載器件，用于吸收被測電源輸出的功率.

圖2中數/模轉換器輸出的電壓經(jīng)過(guò)電壓跟隨器U1B輸入運算放大器U3 的同相輸入端，運算放大器U3 通過(guò)采樣電阻R6 .差分放大器U4 等建立了深度負反饋.將運算放大器看做理想的放大器，由“虛短”.“虛斷”可得：

式中：UDAC 是數/模轉換器輸出的電壓;I 是流過(guò)功率負載器件的電流;A 是由差分放大器U4 及R4 ,R5 等所組成電路的放大倍數，差分放大器U4 選用的型號為INA2134.從式(1)中可以看出，流過(guò)功率負載器件的電流與數/模轉換器輸出的電壓成線(xiàn)性關(guān)系，因此可以通過(guò)單片機控制功率負載器件的電流.通過(guò)模/數轉換器分別測量圖2中ADC1 ,ADC2 處的電壓，可以得到被測負載電源輸出的電壓和電流.

被測電源輸出電壓U 與ADC1 處的電壓UADC1 之間關(guān)系式為：

被測電源輸出電流I 與ADC2 處的電壓UADC2 之間關(guān)系式為：

2.2 模/數.數/模轉換電路

為了使系統達到一定的精度，且節省單片機I/O口資源，分別選用12位串行模/數.數/模轉換器，分辨率達212 = 4 096 .U1 ,U3 分別為模/數.數/模轉換器提供穩定的參考電壓.模/數轉換器選用TCL2543,數/模轉換器選用TCL5618如圖3所示.

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